Come e perché purificare l’acqua di rubinetto

Si può ragionevolmente prevedere che l’acqua potabile del rubinetto contenga almeno una piccola quantità di alcuni contaminanti. La soglia di residuo fisso – cioè la somma di minerali, sali e di inquinanti disciolti nell’acqua – accettabile per l’acqua potabile umana dal rubinetto è di 500 mg/l, che negli Stati Uniti è lo standard di qualità secondario per garantire l’appetibilità dell’acqua potabile.

Infatti, l’acqua che ha valori elevati di residuo fisso avrà sapore salato, metallico o amaro. Questi solidi disciolti vengono rimossi usando membrane ad osmosi inversa. Tali membrane consentono all’acqua di attraversarla ma di bloccare gli atomi grandi, i composti più grandi e le particelle microscopiche che costituiscono le sostanze ed i solidi disciolti. Queste membrane bloccano anche i metalli tossici e altre sostanze tossiche, perciò sono l’ideale per purificare l’acqua del rubinetto.

Le acque sotterranee – come quelle delle falde che alimentano gli acquedotti – spesso non necessitano di essere trattate molto. Quando non è già contaminata, l’acqua delle falde sotterranee è di solito molto più pulita dell’acqua superficiale e richiede molto meno trattamenti chimici duri per renderla abbastanza sicura per il consumo umano. Molti contaminanti provenienti dall’uomo vengono rimossi dalla natura, poiché l’acqua passa attraverso rocce e sabbie che agiscono come filtri.

Tuttavia, se l’acqua del proprio rubinetto ha un residuo fisso elevato risultante dalle analisi pubblicate dal proprio fornitore o da misure proprie facili da realizzare – oppure se si sospetta che la falda che alimenta il proprio acquedotto sia contaminata dalla presenza di vicine fonti potenzialmente inquinanti – si può usare un sistema di filtraggio domestico per ridurre il residuo fisso dell’acqua potabile del proprio rubinetto e, di conseguenza, anche il livello dei contaminanti in essa contenuti.

In particolare, i sistemi di filtraggio ad osmosi inversa sono molto utilizzati nelle case, per le piante acquatiche e nei distributori che erogano acqua potabile (di solito a pagamento). Prima e dopo l’utilizzo del sistema di filtraggio – come pure a valle ed a monte dello stesso – è opportuno dunque effettuare delle misure periodiche del residuo fisso, che ci quantificheranno il grado di abbattimento del residuo fisso e degli inquinanti, e ci segnaleranno il momento in cui è il caso di sostituire le membrane.

Per la misura del residuo fisso, si può usare un misuratore di residuo fisso del costo di qualche decina di euro, acquistabile anche su Internet, dove è di solito indicato come misuratore “TDS” o per test “TDS” (sigla che sta per Total Dissolved Solids, ovvero “solidi totali disciolti”, l’espressione inglese usata per indicare il residuo fisso). Solo per i più esperti, se ci si accontenta di misure relative basta anche un semplice tester con cui misurare la conducibilità dell’acqua, che è proporzionale al residuo fisso.

Purificazione, filtrazione, disinfezione: le differenze

L’installazione di apparecchiature di filtraggio può rimuovere i contaminanti dall’acqua, cosa molto utile se l’acqua viene utilizzata per bere o anche solo per cucinare. Si noti che la filtrazione – o, più in generale, la purificazione – dell’acqua è diversa dalla sua disinfezione: le prime hanno lo scopo di rimuovere i detriti e le sostanze nocive, la seconda di uccidere l’Escherichia coli e altri patogeni nocivi.

Gli agenti patogeni nocivi possono passare nell’acqua non trattata, che in tal caso è contaminata dal punto di vista microbiologico.  Per creare acqua potabile, la filtrazione è sempre seguita dalla disinfezione. Di conseguenza, i sistemi idrici pubblici aggiungono disinfettanti – come ad es. il cloro – per distruggere i microrganismi che possono causare malattie nelle persone e negli animali.

Il cloro è stato usato come disinfettante nei sistemi di acqua pubblica per la maggior parte del secolo scorso. L’introduzione del cloro per disinfettare l’acqua ha praticamente eliminato malattie trasmesse dall’acqua. Tuttavia, è spesso denigrato a causa degli effetti collaterali. L’odore e sapore di cloro possono essere rimossi con un filtro a carbone attivo, detto anche filtro a carbone.

Alcuni esempi di filtri a carbone.

Una qualche forma di filtrazione è di solito inclusa anche nei semplici sistemi di irrigazione. Esempi di sistemi di filtrazione sono: filtri a rete, filtri di carta e filtri a carbone. Quasi tutti i sistemi utilizzano filtri multipli, spesso due filtri in linea di crescente finezza. I filtri sono valutati dalla dimensione delle particelle più piccole che sono capaci di filtrare, con i loro diametri misurati in micron.

Per confronto, la sabbia ha le dimensioni di circa 100 – 1.000 micron, un capello umano è largo circa 100 micron, una particella di polvere è larga circa 1 micron e un virus può essere inferiore a 0,01 micron (pari a 10 nanometri). I primi filtri in un sistema di filtrazione dell’acqua sono filtri a cartuccia. Essi sono utilizzati in una serie: ad esempio, uno da 20 micron seguito da un filtro da 5 micron.

Per il filtraggio dell’acqua di pozzi o dell’acqua piovana, un filtro più grande (per esempio, da 50 micron) dovrebbe essere usato prima di eliminare la sabbia e le particelle più grandi. Questo filtro dovrebbe essere facilmente accessibile e pulito trimestralmente. Dovrebbe poi seguire un filtro da 20 o 10 micron, seguito da uno da 10 o 5 micron. Questi vanno puliti almeno annualmente.

La purificazione con membrane ad osmosi inversa

L’osmosi inversa, invece, è una tecnologia di purificazione dell’acqua che utilizza una membrana semipermeabile per rimuovere ioni, molecole e particelle più grandi dall’acqua potabile. L’osmosi inversa può rimuovere molti tipi di specie dissolte e sospese dall’acqua, inclusi i batteri, ed è utilizzata sia nei processi industriali che nella produzione di acqua potabile, che nelle case.

Vi è una differenza chiave tra osmosi inversa e filtrazione. Il meccanismo di rimozione predominante nella filtrazione a membrana è la deformazione o l’esclusione delle dimensioni, quindi il processo può teoricamente raggiungere la perfetta efficienza indipendentemente da parametri quali la pressione e la concentrazione della soluzione. L’osmosi inversa, invece, coinvolge anche la diffusione, rendendo il processo dipendente dalla pressione, dalla portata e da altre condizioni.

L’osmosi è un processo naturale. Quando due soluzioni con diverse concentrazioni di un soluto vengono separate da una membrana semipermeabile, il solvente tende a spostarsi da basse ad alte concentrazioni di soluto per il bilanciamento del potenziale chimico. L’osmosi inversa è il processo di forzare un solvente, attraverso una membrana semipermeabile, da una regione ad alta concentrazione di soluto ad una regione a bassa concentrazione di soluto applicando una pressione superiore alla pressione osmotica.

L’applicazione più grande e più importante della tecnologie dell’osmosi inversa è la separazione dell’acqua pura dall’acqua di mare e dalle acque salmastre (cioè rimozione di sale e altri minerali per ottenere acqua dolce), ma fin dai primi anni ’70 – grazie anche alle membrane sempre più sofisticate – è stata usata anche per purificare l’acqua dolce per applicazioni mediche, industriali e domestiche. I sistemi di purificazione ad osmosi inversa sono oggi comunemente usati per migliorare l’acqua per bere e cucinare.

Tali sistemi di purificazione includono in genere un certo numero di passaggi:

• un filtro del sedimento per intrappolare le particelle, tra cui ruggine e carbonato di calcio;
• opzionalmente, un secondo filtro sedimentario con pori più piccoli;
• un filtro a carbone attivo per intrappolare le sostanze chimiche organiche e il cloro, che altrimenti attaccherà e degraderà le membrane ad osmosi inversa a membrana composita a film sottile;
• un filtro ad osmosi inversa, che è una membrana composita a film sottile;
• opzionalmente, un secondo filtro a carbone per catturare quelle sostanze chimiche non rimosse dalla membrana ad osmosi inversa;
• opzionalmente una lampada a raggi ultravioletti per sterilizzare eventuali microbi che potrebbero sfuggire al filtraggio della membrana ad osmosi inversa.

Un tipico elemento di un sistema ad osmosi inversa domestico.

Oltre ai sistemi di purificazione ad osmosi inversa che si applicano sotto l’acquaio per fornire acqua purificata – di solito attraverso un rubinetto apposito per l’acqua da bere e per cucinare, onde non consumare troppo presto la membrana – vi sono anche sistemi portatili utilizzabili da persone che vivono in aree rurali senza acqua pulita, lontane dalle condutture idriche della città.

Le popolazioni rurali filtrano le acque del fiume o dell’oceano, poiché il dispositivo è facile da usare (l’acqua salina può richiedere membrane speciali). Alcuni viaggiatori, durante lunghi viaggi in barca o in campeggio – o in paesi in cui l’approvvigionamento idrico locale è inquinato o al di sotto degli standard – usano purificatori ad osmosi inversa accoppiati con uno o più sterilizzatori a raggi ultravioletti.

Le dimensioni dei pori delle membrane possono variare da 0,1 a 5.000 nm, a seconda del tipo di filtro. La filtrazione di particelle rimuove particelle di 1 μm o più grandi. La microfiltrazione rimuove le particelle di 50 nm o più grandi. L’ultrafiltrazione rimuove particelle di circa 3 nm o più grandi. La nanofiltrazione rimuove particelle di 1 nm o più grandi. L’osmosi inversa si trova addirittura nella categoria finale della filtrazione a membrana – l’iperfiltrazione – e rimuove le particelle superiori a 0,1 nm.

Il compromesso tra filtrare poco e troppo

L’acqua piovana – se l’aria non è inquinata – non ha sostanze disciolte, quindi ha un residuo fisso pari a zero. Tuttavia, quando entra in contatto con il terreno, la pioggia dissolverà fertilizzanti, sali e minerali, rifiuti animali, pesticidi e altre sostanze chimiche tossiche o cancerogene che potrebbero essere presenti sul terreno provenienti dalle automobili e dall’inquinamento industriale.

Anche le piante in decomposizione hanno delle sostanze chimiche che si dissolvono. L’acqua può anche raccogliere solidi come i metalli pesanti mentre passa attraverso le tubazioni. Quindi, i solidi disciolti nella nostra acqua del rubinetto possono essere una moltitudine di migliaia di sostanze chimiche, ma il residuo fisso le misura come un unico gruppo, cioè con una sola lettura.

Alcune sostanze comuni comprendono sali come cloruro di sodio (sale da cucina), cloruro di calcio (il sale posto sulle strade ghiacciate) e fertilizzanti come nitrato di ammonio, vari fosfati e vari sali di potassio (carbonato di potassio, cloruro di potassio, solfato di potassio), e vari minerali, come il carbonato di calcio (calcare) o il carbonato di magnesio e il solfato di calcio (gesso) o il solfato di magnesio.

L’utilizzo di un sistema di filtraggio ad osmosi inversa permette di abbattere il residuo fisso dell’acqua, e di conseguenza delle sostanze inquinanti in essa disciolte. Quindi, se lo si abbatte ad es. del 30% ,si abbatterà all’incirca di una percentuale analoga anche tutte le varie sostanze tossiche e cancerogene eventualmente presenti nell’acqua, mettendoci al riparo dai rischi legati a tale sostanze.

Si potrebbe dunque pensare che un abbattimento elevato del residuo fisso sia l’ideale per la salute. In realtà, però, non è così. Quasi tutta l’acqua contiene alcune impurità. Queste impurità possono includere: minerali, nutrienti e contaminanti. Se, idealmente, si abbattesse il residuo fisso del 100% o quasi – ottenendo così un’acqua simile a quella distillata – mineremmo la nostra salute, soprattutto se quest’acqua è l’unico fluido o cibo consumato da una persona durante il giorno.

I principali rischi del bere solo acqua distillata sono associati alla totale mancanza di minerali disciolti, come ad esempio il magnesio ed il calcio. Alcuni degli effetti negativi del consumo di acqua distillata o di acqua minerale bassa includono: un gusto piatto che molte persone trovano sgradevole, con conseguente riduzione del consumo di acqua; una diminuzione della funzione metabolica del corpo; un aumento della produzione di urina che potrebbe causare uno squilibrio elettrolitico.

In casi estremi, quando una persona beve acqua distillata o “equivalente” e non integra con una corretta alimentazione e con altre bevande, può verificarsi una condizione chiamata “acidosi” a causa del pH più acido dell’acqua (il pH dell’acqua distillata, o con residuo fisso pari a zero, è 7). Questa condizione si verifica a seguito della modifica dell’equilibrio del pH del sangue: infatti, il pH del sangue deve rimanere tra 7,35 e 7,45. L’acidosi si verifica quando il pH del sangue scende al di sotto di 7,35.

Acidosi e cambiamenti significativi dell’elettrolito e dell’equilibrio minerale nel corpo possono portare a ritenzione di liquidi, carenze di elementi nutritivi, affaticamento, crampi muscolari, mal di testa, battito cardiaco compromesso e conseguenze anche più gravi per la salute, tra cui insufficienza d’organo. Le acque demineralizzate attraverso osmosi inversa desalinizzata, nanofiltrazione e/o deionizzazione sono associate alle stesse conseguenze sulla salute dell’acqua distillata.

Quindi, un residuo fisso intorno a 50 mg/l – che è il confine fra le acque minerali minimamente mineralizzate o ipominerali e le acque oligominerali o leggermente mineralizzate – potrebbe essere un compromesso SE (e soltanto se) si utilizza l’acqua con residuo fisso inferiore a 50 mg/l solo per cucinare e si compensano le carenze usando un’acqua medio-minerale in bottiglia. Ad ogni modo, è opportuno avere un parere del proprio medico prima di optare per livelli così bassi.

Un apparecchio per la misura fai-da-te del residuo fisso.

Al tempo stesso, è bene sapere che l’acqua piovana raccolta dalla grondaia della propria casa non è pura al 100%, ma contiene molti microrganismi. La maggior parte non sono dannosi per noi. Alcuni, tuttavia, possono essere mortali. Questi devono essere eliminati dall’acqua. I tipi di disinfezione includono la clorizzazione, l’ozonizzazione, i raggi ultravioletti (UV), e la filtrazione a membrana.

Nel valutare i vari metodi di disinfezione dell’acqua piovana, però, occorre essere consapevoli del fatto che alcuni, in realtà, creano dei sottoprodotti non sani che hanno bisogno di essere ulteriormente trattati. L’efficacia della disinfezione dell’acqua piovana viene giudicata cercando un microrganismo indicatore che, se presente, indica che anche altri patogeni più dannosi possono essere presenti.

In pratica si fanno fare in laboratorio delle analisi dell’acqua per valutare il parametro “batteri coliformi totali” che, se presenti, indicano che pure altri agenti patogeni possono essere presenti. Inoltre, occorrerebbe prendere misure per mantenere i corpi estranei fuori dall’acqua piovana in arrivo, con filtri alla fine della gronda, prima che entri nel sistema di utilizzo dell’acqua.

 

Riferimenti bibliografici

• Filtration and purification, http://www.harvesth2o.com/filtration_purification.shtml
• Reverse osmosis, https://en.wikipedia.org/wiki/Reverse_osmosis
• Can you drink distilled water safely?, https://www.medicalnewstoday.com/articles/317698.php